[发明专利]共节点DEM-SPH海冰模型的离散元参数标定方法

说明书

本发明涉及涉及计算机数字仿真技术领域，尤其是一种共节点DEM‑SPH海冰模型的离散元参数标定方法，其包括以下步骤：海冰宏观力学参数的选取；海冰与结构的摩擦系数的选取；单轴压缩离散元数值模拟；三点弯曲离散元数值模拟；二次单轴压缩离散元数值模拟；海冰试样的离散元参数标定。如此，在针对海洋结构物冰载荷执行数值模拟分析进程中，通过理论分析与数值模拟相结合，其综合、全面地考虑待模拟结构宏观强度的影响因素，且建立微观参数和宏观参数之间的函数关系，从而可快速地确定出不同强度海冰的离散元参数，最终使得离散元参数标定所得结果更为全面、高效。

技术领域

本发明涉及计算机数字仿真技术领域，尤其是一种共节点DEM-SPH海冰模型的离散元参数标定方法。

背景技术

随着人类在严寒地区(南极、北极以及高纬度海域)海洋资源开发活动日益频繁，海冰与海洋结构物的相互作用极易对结构稳定性和人员安全造成严重威胁。为此，人们开展了针对海冰的物理力学性质及结构冰载荷的大量研究,

海冰是一种性质复杂的复合材料，具有不连续、各向异性等特点，其力学性质主要受到内部结构如冰晶尺寸、温度、盐度等的影响。海洋结构物冰载荷主要受到海冰物理学性质影响，只有合理地应用海冰本构模型、破坏准则和力学参数，才能准确地计算得到海洋工程结构物冰载荷。

离散元法是一种用来专门用来解决不连续介质问题的数值模拟方法。该方法也因其在模拟脆性材料破坏时的天然优势被广泛的应用于岩石、混凝土、陶瓷、海冰等各类固体材料的模拟和研究分析中。由于海冰是一种性质复杂的天然复合材料，其力学性质受其内部结构和外部加载环境的影响，表现出很强的离散特性，因此近年来，具有粘结和破碎功能的离散元法被广泛应用在模拟工程海冰的研究中。

离散元法模拟材料力学性质的准确性与颗粒基本参数及颗粒间的接触和胶结参数紧密相关，因此在实际模拟过程中，离散元微观参数的选取极为重要。就目前研究现状而言，传统的海冰模型离散元参数标定多采用试算迭代法，虽说可以快速地导出模拟分析结果，进而为海洋结构的施工、运营以及后期维护提供理论支撑，然而对于影响离散元宏观力学性质的参数考虑不够全面，无法保证最终结果的准确性与适用性。再者，在传统海冰模型离散元参数标定方法中，海冰离散元微观参数与海冰宏观参数关系的确定以及海冰材料的离散元微观参数选取尚未形成统一合理的标准方法，模拟人员的主观因素(主要包括海冰离散元微观参数与海冰宏观参数关系确定结果的正确与否和海冰材料的离散元微观参数范围的确定两方面)会对模拟结果产生极大的影响，进而势必会影响模拟结果的可靠性。因而，为本课题组人员提供了新的研究方向。

发明内容

故，本发明课题组鉴于上述现有的问题以及缺陷，乃搜集相关资料，经由多方的评估及考量，并经过课题组人员不断探讨以及设计改进，最终导致该共节点DEM-SPH海冰模型的离散元参数标定方法的出现。

为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种共节点DEM-SPH海冰模型的离散元参数标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、海冰宏观力学参数的选取；

S2、海冰与结构的摩擦系数的选取；

S3、单轴压缩离散元数值模拟；

S4、三点弯曲离散元数值模拟；

S5、二次单轴压缩离散元数值模拟；

S6、海冰试样的离散元参数标定。

作为本发明所公开技术方案的进一步改进，步骤S1包括以下子步骤：

S11：通过单轴压缩试验和三点弯曲试验，确定待模拟海冰试样的压缩弹性模量E_c0、单轴压缩强度σ_c0和弯曲强度σ_b0；